三角法測距原理

激光雷達根據(jù)原理可以分為TOF（飛行時間），三角法測距和相位測距三種方式。

三角法測距為

三角測距法是利用相似三角形本地可以測得透鏡中心和照射到CMOS/CCD上的距離，就可以得到物距，本地的分辨率l決定了探測物體的分辨率。因此當物距越大，探測精度越低。因此該方法測距較短且需要大面積的光電探測器。

TOF為目前大多數(shù)的自動駕駛采用的雷達方案，通過發(fā)射脈沖激光，計算脈沖激光經(jīng)過目標并反射回探測器的時間，即飛行時間。飛行時間等于脈沖數(shù)n和脈沖間隔t的乘積，距離就等于飛行時間和速度的乘積,如下面公式所示，f為脈沖頻率。

這種方式簡單直接，測距的精度不隨距離增加而惡化，但是由于光速快，短距下對器件的響應(yīng)時間要求高。

TOF另一種精度更高的測距方式為測量調(diào)制信號和初始信號的相位差。對激光器發(fā)出的光進行幅度調(diào)制，調(diào)制信號經(jīng)過反射后進行探測，檢測該回波信號的相位和原始相位差，根據(jù)已知的調(diào)制信號的角頻率即可獲得距離

由于相位檢測只能在一個2pi區(qū)間內(nèi)，因此測距存在不準確性，為了提高測距的準確度，需要使用不同角頻率的調(diào)制信號多次測量，測量效率低。

FMCW為Frequency modulated continuous wave，即調(diào)頻連續(xù)波，從名字就可知在測距過程中發(fā)射的頻率是變化且在時間上連續(xù)的。

上圖為相干探測過程。RF信號頻率在一定范圍內(nèi)改變，通常為三角波或者鋸齒波。調(diào)制器將RF信號調(diào)制到光頻域上，輸出的頻率范圍假設(shè)為f1和f2，三角波周期為T，則輸出頻率為

分束器分出一部分光用作參考光，剩余部分經(jīng)過放大器向空間發(fā)射，經(jīng)過物體表面反射回來，和參考光合束后在PD中拍頻。通常受限于帶寬，和頻被濾掉，剩余差頻以及相位關(guān)系。

差頻與回波信號相對于參考信號的延時有關(guān)。從上述公式以及相位測距的公式對比，可以發(fā)現(xiàn)FMCW就是通過將相位差轉(zhuǎn)化為頻率差嚴格的測出相位差（延時），而探測器很容易測出差頻的頻率。FMCW的優(yōu)勢明顯，測量精度高，抗干擾能力強，同時也可以測速度，拍頻后頻率低，易于信號處理，而且不像脈沖激光器需要高功率打出去，F(xiàn)MCW的峰值功率為百mW量級，比TOF低四個數(shù)量級，比較安全。

目前能夠提供基于FMCW的激光雷達應(yīng)該只有Aeva, Mobieye和Aurora，而且均沒有量產(chǎn)。目前FMCW激光雷達主要的難點在于使用的是1.5um波長的光，在空氣中傳播損耗大，且受天氣影響嚴重；基于硅芯片的FMCW需要調(diào)制信號，對調(diào)制器的線性度要求較高，而且成本也是一大問題，硅光始終沒有大規(guī)模應(yīng)用，封測成本都比較高。